Perpustakaan Digital ITB

Abu sekam padi merupakan residu biomassa yang dihasilkan dari pembakaran sekam padi dan memiliki kandungan silika yang cukup tinggi (± 87-97%) sehingga berpotensi dimanfaatkan sebagai sumber sekunder SiO2 selain mineral kuarsa. Silika dalam abu sekam padi dapat diekstraksi menggunakan larutan NaOH untuk membentuk natrium silikat, yang selanjutnya dipresipitasi melalui netralisasi dengan asam untuk menghasilkan silika. Silika yang diperoleh kemudian dapat digunakan sebagai prekursor dalam produksi silikon melalui reduksi magnesiotermik menggunakan magnesium sebagai agen pereduksi, diikuti dengan pemurnian melalui pelindian asam. Silikon memiliki potensi sebagai material anoda baterai ion-litium karena kapasitas spesifik teoritisnya yang tinggi, yaitu sekitar 3579 mAh/g, jauh lebih tinggi dibandingkan anoda grafit konvensional. Penelitian pemanfaatan abu sekam padi untuk menghasilkan logam silikon telah dilakukan sebelumnya oleh berbagai peneliti. Dari penelitian yang dilakukan, belum dilakukan studi optimasi proses ekstraksi silika dengan larutan NaOH untuk memperoleh kadar ekuivalen SiO2 maksimum dalam produk sintesis dan evaluasi proses konversi silika menjadi silikon berdasarkan efisiensi konversi SiO2 serta performa silikon produk sintesis sebagai anoda baterai ion-litium. Oleh karena itu, dalam penelitian ini, optimasi proses ekstraksi silika dilakukan menggunakan metode Taguchi untuk menentukan kombinasi level faktor yang memberikan respons kadar ekuivalen SiO2 tertinggi serta mengidentifikasi faktor yang paling berpengaruh melalui ANOVA. Silika yang diperoleh pada kondisi ekstraksi terpilih kemudian digunakan sebagai prekursor dalam proses reduksi magnesiotermik untuk menghasilkan silikon. Silikon yang diperoleh dari kondisi terbaik kemudian dipreparasi menjadi material aktif anoda baterai ion-litium dan dievaluasi kinerja elektrokimianya dalam baterai ion-litium setengah sel. iii Abu sekam padi yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari Jawa Timur, Indonesia. Sampel awal abu sekam padi yang digunakan dalam penelitian ini mengandung 90,30% SiO2 dengan kadar Si sebesar 42% berdasarkan analisis X-ray fluorescence (XRF). Analisis proksimat menunjukkan kadar abu sebesar 88,6% dan fixed carbon sebesar 7,16%, sedangkan analisis LECO menunjukkan kadar karbon total sebesar 8,96%. Hasil XRF juga menunjukkan keberadaan beberapa unsur pengotor, antara lain Fe, Al, K, Ca, dan Mg, yang berpotensi memengaruhi kemurnian produk pada tahapan berikutnya. Pra-perlakuan untuk mengurangi kadar karbon dilakukan melalui pemanasan pada temperatur 750 °C selama 2 jam, yang menurunkan fixed carbon menjadi sekitar 0,13% dan meningkatkan kadar abu menjadi 99,79% berdasarkan analisis proksimat. Tahap selanjutnya adalah penghilangan pengotor melalui pelindian menggunakan larutan HCl 2 M pada temperatur 90 °C selama 2 jam. Dalam penelitian ini ditentukan kondisi optimum ekstraksi silika dari abu sekam padi, diidentifikasi faktor proses yang paling berpengaruh terhadap kadar ekuivalen SiO2 dalam produk, ditentukan kondisi optimum konversi silika menjadi silikon melalui reduksi magnesiotermik, serta dievaluasi kinerja elektrokimia silikon yang dihasilkan sebagai material anoda baterai ion-litium. Optimasi ekstraksi silika dilakukan menggunakan metode Taguchi dengan empat faktor yang divariasikan, yaitu konsentrasi NaOH, temperatur, waktu ekstraksi, dan rasio solid-to-liquid (S/L). Berdasarkan analisis rasio signal-to-noise (S/N) dengan kriteria larger-the-better, kondisi optimum ekstraksi diperoleh pada konsentrasi NaOH 3 M, temperatur 80 °C, waktu ekstraksi 180 menit, dan rasio S/L 15 g/100 mL, yang menghasilkan kadar ekuivalen SiO2 sebesar 98,59%. Hasil analysis of variance (ANOVA) menunjukkan bahwa konsentrasi NaOH merupakan faktor yang memberikan kontribusi terbesar terhadap respons, yaitu 79,14%. Karakterisasi XRD menunjukkan bahwa produk silika memiliki karakter amorf yang diindikasikan oleh pola difraksi lebar pada rentang 2? sekitar 22–23°, dengan berkurangnya puncak- puncak fasa kristalin pengotor pada kondisi ekstraksi dengan konsentrasi NaOH yang lebih tinggi. Silika hasil ekstraksi selanjutnya dikonversi menjadi silikon melalui reduksi magnesiotermik yang diikuti dengan pemurnian menggunakan pelindian asam. Kondisi terpilih proses konversi diperoleh pada temperatur 750 °C selama 240 menit dengan efisiensi konversi sebesar 83,48%. Pada kondisi tersebut, dihasilkan silikon dengan kadar 98,99% yang selanjutnya digunakan sebagai material aktif anoda baterai ion-litium setengah sel. Hasil cyclic voltammetry menunjukkan terbentuknya puncak litiasi dan delitiasi yang relatif konsisten selama tiga siklus awal, yang mengindikasikan reversibilitas elektrokimia material. Pengujian galvanostatic charge-discharge (GCD) menghasilkan kapasitas spesifik awal sekitar 1407 mAh/g dengan initial Coulombic efficiency (ICE) sebesar 92,70%. Namun, kapasitas menurun menjadi sekitar 54 mAh/g setelah 50 siklus, yang menunjukkan bahwa silikon hasil sintesis masih memiliki stabilitas siklus yang rendah dan memerlukan modifikasi lebih lanjut untuk meningkatkan kinerjanya sebagai material anoda.